На геостационарной орбите определено на сегодня 425 точек стояния спутников. Угловые расстояния между этими точками различны и лежат в довольно широком интервале 0,1...7 град. В каждой точке может находится несколько спутников – даже более 10. Взаимные помехи между спутниками , находящимися в одной точке стояния , исключаются частотным разносом их рабочих каналов и различием зон обслуживания.
Спутники и системы
В настоящее время для передачи телевизионных сигналов используется около 1300 каналов, работающих на 100 с небольшим спутников. Очень высока активность по выведению на орбиту новых спутников, как с целью замены отработавших ресурс, так и для создания новых каналов. По данным вестника МСЭ в этой организации рассматривается, по состоянию на начало этого года, около 1300 заявок из 50 стран мира. Более всего заявок- 370 поступило из США, из России около 200. Это самые крупные заявители. Более 100 заявок принадлежит Франции, и несколько меннее 100- Англии.
Многие спутники совмещают разные специальности, обеспечивая телефонную и другие виды связи, распределение вещательных сигналов с использованием межспутниковых каналов и передачи на соответствующие наземные приемные станции и осуществляют непосредственное вещание. В принцыпе , такой спутник – многоканальная система. Сигналы с передающих наземных станций ( линия «низ – верх») поступают на приемные устройства,обрабатываются, усиливаются и переизлучаются. Частоты каналов, идущих с Земли на спутник и со спутника на Землю, различны.
На каждом спутнике работает несколько стволов- до 16 и даже более. Мощность передатчиков составляет 100...300Вт. Причем эта мощность размывается по пятну диаметром в 2000...3000 км, поэтому уровень сигнала в точках приема невысок – всего несколько десятков пиковатт.
В 1980 г. во время Московской Олимпиады считалось,что почти половина человечества могла видеть Игры. Это стало возможным благодаря спутниковым системам распределения телевизионных программ. Полтора десятка лет назад это была решаемая, но достаточно сложная задача. Сейчас с помощью мостов, наводимых через линии, соединяющие спутники связи разных стран и организаций, можно осуществлять подлино всемирные трансляции. Но самое главное, что проведение их уже стало обыденным явлением.
Последние Олимпийские игры в Атланте показали, что связь , включая космическую, позволяет размещать аппаратные обслуживающие одну программу, на огромном удалении в тысячи и более километров. При этом монтаж можно вести в одном месте, а вводить специальные эффекты - в другом. Безусловно, современные системы сбора, обработки и почти мгновенной выдачи в эфир оперативной новостийной информации без совершенной компьютерной базы не могли состояться. Но они мало, чего стоили, если бы не были подкреплены космическими системами связи. Сейчас видеокорресподент почти из любой точки Земли может передать, используя специальные спутниковые линии связи, видеоинформацию в свою организацию. При это возможна передача прямо в эфирную аппаратную. Самое главное в достигнутом уровне работы и сервисных услуг, предоставляемых космическими системами, заключается в их незаметности. Можно связаться с любой организацией мира, можно передать свой видеошедевр по любому адресу, даже не задавая вопроса : « Как это будет сделано?» Спутниковые каналы прозрачны и качество переданного телевизионного изображения или звукового сигнала не будет отличаться от исходного. Для этих целей выпускаются специальные передвижные станции связи по спутниковым каналам и даже мобильные аппараты, которые можно таскать с собой или возить в автомобиле.
Непосредственное телевизионное и звуковое вещание
Идея непосредственного вещания со спутников была высказана в США и России практически одновременно. Однако для нас она более 15 лет оставалась только идеей, а в Западной Европе, но особенно в США, стала интесивно продвигаться в жизнь. В 1980г. цена приемников сигналов прямого спутникового вещания Direct-to-Home (DTH) составляла 10000$. Для массового покупателя даже этой богатой страны - стоимость неподъемная. Однако создатели и производители этого оборудования, имея в виду системы коллективного приема, понимали, что с расширением рынка и, следовательно, объемов производства, а также за счет совершенствования компонентной базы, цена упадет до уровня, приемлемого для рядового покупателя. И, действительно, за пятилетку цена на спутниковые приемники упала в 3,5 раза и стала ниже 3000$. В США к 1990г. ежегодно рынок поглощал до 400000 приемных систем. В настоящее время стоимость спутниковых приемников даже в России может быть менее 200$ для наиболее простых моделей. Стоимость приемников с системой позиционирования антенны может составить 300...400$ и даже несколько превысить 1000$. Стоимость зависит, в частности, от числа каналов, на которые рассчитан приемник - она может меняться, например, для моделей популярной в России EchoStar от 250 до 1500. Такие цены уже по карману многим российским гражданам.
Системы DTH работают в диапазоне С в итервале частот 3,7...4,2 ГГц. Системы непосредственного спутникового вещания в диапазоне Ku называют Direct Broadcat Satellite или в виде аббревиатуры DBS. Истоки освоения этого диапазона также уходят в 1980г. И здесь прогресс шёл бурно. Стартовые цены приёмников были слишком велики для индивидуальных потребителей, но по мере расширения рынка падали. Теперь они доступны для массового потребителя. В настоящее время только в США действует около 5 млн приймников DBS. Один из международных операторов НТВ – корпорация EchoStar – ведёт вещание по 110 каналам.
Наземные приёмные устройства для каналов НТВ к настоящему времени – хорошо отработанная продукция, выпускаемая очень многими фирмами. Приёмная система содержит три важные части: - это антенна, приёмная головка и собственно прёмное устройство. Приёмная антенна, как правило , - металлическое зеркало, имеющее форму параболоида. Параболическое зеркало выбрано не случайно , его естественная функция – собирать паралельные пучки электромагнитных волн в одну точку, называемую фокусом параболоида. Именно в этой точке размещена приёмная головка. Используются два типа параболических антенн: прямого действия и офсетная.
Антенны прямого действия – это срез вершины параболы, её ось проходит через центр зеркала, а фокус размещается на расстоянии половины радиуса кривизны. Форма поверхности таких антенн почти совпадает со сфероидальной , что делает проще её изготовление. Приёмная головка размещается против центра зеркала и частично затеняет его. Это один из недостатков такого зеркала. Ось зеркала должна быть строго направлена на спутник, а ,следовательно , в вертикальном направлении повёрнута на угол места. Отсюда ещё один недостаток: при установке на открытых площадках зеркало может стать ёмкостью , где накапливаются осадки, к примеру снег.
Для офсетных антенн используются боковые участки параболоида. Фокальная точка размещается у нижней кромки зеркала и не затеняет его, что является определённым преимуществом. Другое преимущество – вертикальная ориентация
Зеркала, благодаря чему оно не превращается во вместилище осадков и пыли. Более сложная форма поверхности усложняет производство офсетных антенн и точность соблюдения их форм. Более того, накапливаемые в процессе эксплуатации деформации поверхности в этом случае влияют значительно сильнее. Для приёма сигналов НТВ в зонах, освещаемых соответствующимлучом спутника , достаточно антенн диаметром зеркала 90 и 60 см. Возможный в будущем переход в миллиметровый К диапазон позволит снизить диаметр приёмных антенн до 10...20 см.
У отечественных абонентов непосредственного спутникового вещания выбор не велик. Обычно им доступны один – два спутника, поэтому можно ограничится простейшей антенной без устройств ручного или автоматического позиционирования. На Западе , где насыщенность спутниками высока , системы позиционирования являются важными элементами антенн. Назначение этих систем очевидно: они должны позволить автоматически или в ручном режиме перевести направление оси антенны с одного спутника на другой. Для европейского , а тем более американского зрителя , на выбор предлагаются десятки позиций. Сделать такой выбор простой функцией , даже для неспециалиста, - вот главное назначение систем позиционирования антенн. От степени сложности и автоматизации этого процеса во многом зависит цена всей системы приёма. Самые совершенные системы осуществляют автоматическое переключение на новую позицию простым нажатием кнопки. Система позиционирования-достаточно сложное механическое устройство , в автоматическом варианте управляемое микропроцессором.
Параболические антенны – естественное средство приёма коротковолнового электромагнитного излучения. На первый взгляд, что либо иное здесь неуместно. Однако инженерная мысль находит и тут поле для поиска новых средств. Одно из них – плоские полосковые приёмники. В сущности , это повторение идеи, уже реализованой в радиоастрономии. Сигналы, поступающие с отдельных полосок, суммируются с определённым для каждой полоски сдвигом фаз. Этим имитируется параболическая форма зеркала. Более того, управляя фазовращателями, можно (причём с помощью только электронных средств) менять направление оси приёма. Высокая технологичность изготовления плоских полосковых приёмников и их управляемость , осуществляемая без видимых перемещений- достоинства, заслуживающие внимания. Однако сложная система суммирования сигналов с отдельным фазовращателем на каждую цепь – серьёзный недостаток, отражающийся на цене. Поэтому такие приёмные антенны не нашли широкого распросранения.
Существует ещё одна идея. Вместо зеркала предлагается диэлектрическая фокусирующая линза, выполненная в виде шара из полистирола. Главное достоинство такого решения – в возможности олновременного приёма с помощью одной антенны сигналов со многих спутников. Собственно, на фокальную «орбиту» шаровой поверхности фокусируются сигналы со всех спутников, находящихся в зоне видимости антенны с конкретного места наблюдателя. Для приема сигналов с этих спутников достаточно разместить приемные головки в соответствующих позициях. Эти головки можно или коммутировать на один приемный канал, или подсоединить к отдельным каналам. В США, насколько нам известно, оригинальные антенны Конкура пользуются большим успехом, чем на Родине. Впрочем у американцев проблема выбора куда острее нашей. Конкретныет спутники непосредственного вещания работают в разных диапазонах частот и с разными функциями поляризации излучения. В системах НТВ применяются четыре функции. Прежде всего - это линейная поляризация (горизонтальная - Н и вертикальная - V). В этом случае вектор напряженности магнитного поля излучения линеен,ориентирован вдоль соответсвующей линии и сохраняет эту ориентацию во времени. Две другие функции-круговые. В этом случае вектор напряженности магнитного поля вращается по кругу. Если вращение осуществляется по часовой стрелке, говорят о правоцыркулярной (RZ) волне, если против – о левоциркулярной (LZ) волне.